Sub-GHz во Flipper Zero и бесконечное множество внешних антенн
В первой части статьи «Sub-GHz во Flipper Zero и бесконечное множество внешних модулей» мы рассмотрели модули для Flipper Zero, работающие в до-гигагерцовом диапазоне, а именно на частоте ±433MHz. И как известно, в радио важно не только, как ты преобразуешь цифровой сигнал в аналоговый (в нашем случае это делает микросхема CC1101 в модуле), но и чем ты передаешь и принимаешь сигнал, т.е. антенны. Сейчас о них и поговорим и так же сделаем сравнение их между собой + покажем как далеко
Простейшая антенна для определенной длины волны — это вибратор длиной в четверть этой самой волны. Такой антенной может стать кусок проволоки или даже гвоздь. Для 433MHz четверть — это 173 мм, так что можно взять гвоздь-на-200, отрезать от него 27 мм и у вас будет антенна-штырь на ±433MHz, и она будет даже сносно работать.
Кроме штырей есть ещё диполи, J-Антенны, Яги, и тысячи других. Так вот об этом и поговорим и замерим самые популярные антенны, которые используются в коммьюнити, и выберем самую оптимальную для определенных задач.
Пипирка
В нашем случае с модулями приходит антенна длинной всего пару сантиметров (главное не длина, а точность и хорошая работа). Здесь эффективность антенны принесена в жертву её габаритам. В целом если посмотреть, то это самая компромиссная антенна, которая «просто работает» и не самая большая по размеру, что позволяет ее переносить в кармане.
Эту антенну отправляют в комплекте с Sub-GHz модулями, и большинство продавцов, с кем я общался, проверяют антенны и подстраивают их до нужной длины.
На рисунке показан график КСВ (коэффициента стоячей волны) антенны в зависимости от частоты. Не будем углубляться в подробности, но чем он меньше, тем меньше энергии отражается обратно к передатчику и тем лучше. Идеальный показатель — 1, меньше не будет. КСВ не показывает, насколько хорошо антенна излучает (резистор в 50 Ом в данном случае покажет отличный результат на всём диапазоне вообще, хотя и ничего излучать не будет), а без правильного согласования антенны и передатчика хорошо излучать ничего точно не будет. Так что для начала нам надо добиться наименьшего возможного КСВ на нужных нам частотах.
Тут ярко-зеленым — показатели настроенной антенна, а приглушенным зеленым — не настроенной.
Как видим, на настроенной, даже такой маленькой, антенне мы получили очень даже хороший показатель 1.24 КСВ. Неплохая заявка.
Антенны для раций, а то там же тоже 433 (но не только)
Слева Baofeng, справа MIDLAND
Антенны на рациях настроены на другие диапазоны. Например, всеми любимый Baofeng UV-5R работает в двух диапазонах VHF (136–174 МГц) и UHF (400–520 МГц). А «убийца баофенга» Quansheng UV-K5 работает на прием и передачу в VHF 136–174 / UHF 400–480 МГц, и только на прием: 50–76, 108–136 (АМ), 174–350, 350–400, 470–600 МГц. Как видите, тут история такая же как и со встроенной антенной флиппера, которая должна работать компромиссно.
Ярко-зеленая — Baofeng, приглушенно зеленая — MIDLAND. Важно отметить, что у баофенга антенна двухдиапазонная, она еще и на двухметровый диапазон работает. Обе они широкополосные и на всем интересующем нас диапазоне КСВ больше 3 не понимается.
Тоже вполне неплохо, хотя нам такая широкая полоса как-бы и ни к чему.
Нагоя (nagoya)
Про нагою ходят легенды, но на самом деле для гражданского сегмента она не сильно-то и нужна, а по факту она только длиннее и немного неудобнее.
Ну такое, согласование похуже, чем у штатной резинки даже (она приглушенно зеленая). Тут конечно дело ещё в том, что на 144МГц она себя ведёт получше, но это сейчас вне поля наших интересов.
Штыри и телескопические антенны (вертикаль)
Телескоп, длинная и DBTV
Такие штыри и телескопы можно купить на али, или поискать где-то телескопическую часть от старого телевизора, выдрать её из ненужного приёмника, ну, короче, как-то найти/купить.
Регулярный паттерн — это влияние кабеля, его можно не учитывать (откалибровать измерительный прибор на такую антенну не вышло — некуда подсоединять эталоны на конце кабеля, сорян).
Как видим, согласование более чем неплохое, 1.34. Да и полоса достаточно широкая, пару мегагерц вверх будет точно не хуже (хотя тоже, зачем? Почти всё что нам нужно на 433.92).
Про антенну DBTV и говорить особо нечего, согласование плохое, хорошей эффективности не стоит ждать точно.
И распиаренный диполь
Все его хвалят и рекомендуют, но чего-то супер-крутого от него мы не смогли получить, кроме большей направленности, чем у предыдущих антенн.
3.23??? Такое. На 460+ МГц он себя явно лучше покажет, но это далеко от интересной всем частоты. Лучшая направленность, конечно, скажется в положительную сторону.
Возможно конкретно наш экземпляр оказался коротковат, и если приделать ему усы длиннее, то будет другой разговор, но имеем, что имеем.
Яга (Уда-Яги)
Ну такое не купить, а самому проще сделать. Ничего сложного, просто соблюдать все размеры, а получается настоящая пушка!
В измерениях участвуют 2 антенны, одна ярким зеленым, вторая приглушенно зеленым. Обе не хуже 1.56 согласованы, очень неплохой результат (для второй антенны вообще с первого раза попадание, ничего не пришлось подстраивать).
Расстояния, длины, мощности и «рекорды»
Куда же без рекордов. Пробовали мы чатицца на стандартные пипирки, но они больше 50 метров связь уже не давали. Может ещё дело в шумной городской среде, но тем не менее, 50 метров — мало, хочется дальше!
Мы возьмем направленную антенну Яга (Уда-Яги) и на ней остановимся поподробнее. Как говорили в прошлой статье, людям хочется «быстрее, выше, сильнее — вместе» поэтому мы пойдем мерить насколько далеко мы сможем передать информацию флиппером с внешним модулем без усилителя.
Мы посидели над картами и выделили три расстояния, чтобы и точные расстояния были, и вам показать красоты Ульяновска :)
Фотографии с правого берега с видом на Нижнюю террасу (она даже ниже уровня Волги)Фотки с левого берега, с дамбы, которая защищает Нижнюю террасу от Волги
Так же на фотографии видно Императорский «Старый» мост, он короткий у нас, всего 2+ км
Первый рубеж для нас был почти 4 км. И знаете, на этом можно было бы и остановиться, потому что «да кому надо ворота на 4 км открывать?», но нас такой уверенный результат на 10 mW на 4 км не остановил.
Дальше уже было 9 км
Снова тот же правый берег (удобное место получилось), но другой и не такой солнечный деньА это с Верхней террасы на левом берегу, из тепла, и все так же в прямой видимости центр города
А это уже с Верхней террасы фотки (да, верхняя выше))))
Ну и ещё мы сделали замер уже на 12 км, пришлось поехать за город на дачу.
Снова то же место, тот же правый берег
Красный Яр, вид с другой стороны моста через огромную Волгу
Куйбышевское водохранилище в районе Красного Яра (бонусная фотография, и тут тоже 12+ км до другого берега)
Дальше уже не стали мерить, потому что кому в здравом уме придет мысль открывать шлагбаум через 12 км прямой видимости, да и пробираться через леса не хотелось :) Поэтому летом померим, как на природу начнем выезжать.
Результаты
Ну и ещё немного лабораторных результатов, которые объяснят, почему же на простой пипирке получается всего 50 метров (Виктор quen0n делал замеры с двумя пипирками и внешними модулями и получил 150 метров уверенного приема-передачи), а на направленной Уда-Яги вышло на 2 порядка больше.
Согласование антенны — это одно дело, а эффективность её излучения — дело немного другое. Если антенна плохо согласована, то часть энергии просто отразится обратно в передатчик, и даже потенциально не сможет быть излучена и поработать во благо (а может и спалить передатчик, если он к такому не готов). Но даже если ничего назад не отражается, то антенна может просто превратить её в тепло (и сколько-то неизбежно превратит, резистор например хорошо согласуется, но всё просто превращает в тепло, нам такое явно не надо).
Так вот, эффективность антенны мы замерим приёмником, излучая с некоторого расстояния, и проверяя уровень сигнала на нём. Данные, конечно , получатся относительными, но это даёт неплохое представление о том, что и насколько эффективно работает.
Как видно, все ненаправленные антенны дают ± одинаковые показатели: те, что похуже согласованы, похуже и работают, та, что получше — даёт результат получше, но не радикально. И только направленная Уда-Яги резко вырывается вперед, аж на 15dB от среднего. А это раз в 30 с небольшим.
То есть при той же мощности передатчика мы неплохо так сконцентрировали энергию в одну сторону. И так же усилили приём с одной стороны, ослабив все помехи с других направлений.
Так что прям магии не произошло, на Луне нас всё равно не услышат, но вот значительное улучшение — налицо. Расплатились за это габаритами, к сожалению, по-другому не получается никак. Но тут сам факт такой дальней связи такой малой мощностью делает на душе приятно.
Антенна | Мощность | Коммент |
Пипирка | -65dB | Для 95% задач норм. |
Baofeng антенна | -64dB | Лучше пипирки, но не значительно. |
Midland антенна | -61dB | Чуть лучше баофенга. |
DBTV антенна | -70dB | Вам точно не надо такого. |
Длинная | -68dB | «Сомнительно, но окэй», хотя тоже не нужно. А из плюсов только магнитик. |
Телескоп собранный и разобранный | -64dB (да, получилось одинаково) | Имеет право на жизнь, но не оч удобно и хлипко. |
Диполь (Китайцы обещали в 443, но пришел не тот. Результат мог и должен был быть лучше) | -67dB | Имеет место быть, будет лучше пипирки и штыря из-за направленности. |
Яга (Уда-Яги) | -50dB | BFG большая-точная-направленная, но не всем можно ;) |
Теперь маленькая ложка дёгтя
Хоть мы и провели такой эксперимент, и полностью легально даже, буква закона говорит, что простому человеку без радиолюбительского позывного можно пользоваться для своих передатчиков более простыми и менее эффективными антеннами.
Наша направленная антенна явно обладает большим чем, 3dB коэффициентом усиления, так что рекомендуем для того, чтобы самим пользоваться такими пушками получить заветный позывной хотя бы 3 категории, и соблюдать простые правила вежливости в эфире, чтобы не создавать проблем никому из окружающих, ведь эфир общий, один на всех, и сделать его побольше никак не получится.
Про это и другие нюансы мы расскажем на встрече 0×09 DC78422 в Ульяновске в рамках доклада «Радио — законы писанные и неписанные». Приезжайте-приходите:)
